局域太阳风与地磁能量耦合效应的分析

论文摘要

以太阳风作为主要物质而存在的行星际空间是控制和影响地球磁层外部形态及其内部物理过程的主要空间环境。目前通过卫星对局地太阳风的观测我们已经初步了解了太阳风的部分局地特性,并借助于空间等效电流计算和地球磁场观测认识到太阳风与地球磁层之间的相互作用及其相关的动力学现象。为了更有效地估算太阳风注入磁层的能量,现已发展出了多种类型的太阳风-磁层能量耦合函数模式,可以为空间天气预报提供量化的参考。在已有的能量耦合模式中,本文主要关注其中一个太阳风能量注入函数Ein,进行了以下几方面研究,获得了一些相关的研究结果:1、借助局地卫星和地面的观测资料,分析在地磁扰动时段,太阳风输入磁层的能量与地磁场各分量及不同地磁指数之间的耦合关系。2、由于涉及的磁扰时段的观测数据都具有非稳定非线性的特征,并且卫星测量的太阳风数据与地面磁测数据之间还存在时间延迟的问题,本文考虑运用集合经验模态分解方法（EEMD）和延迟时间序列方法（TDMI）进行相关数据的处理和分析。EEMD对于不同区域的地磁数据处理后与太阳风输入能量的相关系数都有所提高,其中低纬区域的效果显著,而中高纬区域的效果较弱;用TDMI重构时间序列后对于不同区域的地磁数据与太阳风输入能量的相关系数均有较大的提升,对不同区域的数据提升幅度基本持平。3、从不同类型的磁扰事件、不同区域的地磁分量和不同太阳风参数等多角度,综合分析了局地太阳风-地磁场的能量耦合效应,得到以下结果:日冕物质抛射（CME）型磁暴事件中太阳风-地磁能量耦合效率总体上高于共转相互作用区（CIR）型磁暴事件。EEMD和TDMI在CME和CIR两种不同成因的磁暴事件中的效果几乎相同。地磁水平分量H与太阳风输入能量耦合系数的空间分布呈现极光带和接近赤道的低纬区域高而中纬度区域低的趋势;地磁东向分量D与太阳风输入能量耦合系数的空间分布呈现随纬度升高而升高的趋势,在低纬地区耦合系数大小分布不均匀,在高纬地区达到0.5左右;地磁垂直分量Z与太阳风输入能量耦合系数的空间分布呈现低纬和极光带区域低而中高纬地区高的特征。本文的研究中还发现:相对于局地的地磁场分量,太阳风注入能量与AE、ASY、SYM等地磁指数的耦合性整体较好,在处理地磁指数的过程中TDMI依然能起到较好的作用,而考虑不同太阳风的等离子体参数、行星际磁场和地磁指数的耦合性分析中,无论是CME型磁暴事件还是CIR型磁暴事件,与上述地磁指数的耦合性较为显著的都是行星际磁场的南北向分量Bz以及根据磁场和太阳风速度Vf计算得到的对流电场Ec。上述研究内容及其结果基于第24太阳活动周较强的磁暴事件,运用EEMD和TDMI数据处理分析方法,从太阳风的局地观测参数、太阳风的能量输入函数、不同区域的地磁分量和全球综合性地磁指数等方面分析了局地太阳风-地磁的能量耦合效应。数据分析结果反映的客观规律,可在建立更完善的空间天气预报模式研究中起到一定的参考作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 太阳风的来源及其局地特征
•   1.2 太阳风-磁层能量耦合过程
•   1.3 现有的太阳风-磁层能量耦合模式
•   1.4 论文的研究目的和内容
• 第二章 数据处理与分析方法
•   2.1 数据来源
•     2.1.1 太阳风及行星际磁场数据
•     2.1.2 地面磁场数据
•   2.2 集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition）
•     2.2.1 经验模态分解方法的原理及步骤
•     2.2.2 EEMD方法简介
•   2.3 延时互信息（Time-Delay Mutual Information）
•     2.3.1 互信息方法的原理及步骤
•     2.3.2 延时互信息方法简介
•   2.4 本章小结
• 第三章 太阳风及地磁关键指标的分解和重构
•   3.1 太阳风-磁层能量耦合函数
•   3.2 地面磁扰信号的EEMD分解和重构
•     3.2.1 去除太阳静日变化
•     3.2.2 去除高频噪音
•     3.2.3 EEMD的效果
•   3.3 估算太阳风—地磁的延迟时间
•     3.3.1 计算延迟时间
•     3.3.2 重构时间序列
•   3.4 本章小结
• 第四章 太阳风输入能量与局域地磁场的耦合性分析
•   4.1 太阳风输入能量与地磁分量的耦合性分析
•     4.1.1 磁暴事件的选取
•     4.1.2 CIR型磁暴事件
•     4.1.3 CME型磁暴事件
•     4.1.4 不同纬度区域的耦合效应
•   4.2 太阳风输入能量与地磁指数的分析
• in的分析'>    4.2.1 地磁指数与太阳风输入能量E_in的分析
•     4.2.2 太阳风参数与地磁指数的分析
•   4.3 章节小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 肖晨雨

导师: 康国发,刘瑾

关键词: 太阳风磁层能量耦合,磁暴,集合经验模态分解,延时互信息

来源: 云南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地球物理学

单位: 云南大学

分类号: P353

总页数: 70

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